Kömür tipleri arasında kesin bir sınır olmaması nedeniyle bu sınıflama keyfi olarak yapılmıştır.

Transkript

1 12. ISI KAYNAKLARI Bir ısı kaynağı, bir proseste kendisi ısı üreten her hangi bir maddedir. Ana ısı kaynakları; katılar, gazlar, elektrik ve güneş enerjisidir. Bir ısı kaynağının değeri, onun proses esnasında Salıverdiği ısı miktarından çıkarılabilir. İyi bir ısı kaynağı daha fazla miktarda bulunabilmeli ve ucuz olmalıdır Katılar Fosil yakacaklar içerisinde en önemlisi kömürdür. Kömür büyük ağaçların üst üste devrilerek bir yığın meydana getirmesi ve bu yığına serbest oksijen ulaşımının engellenmesi ile oluşmuştur.. Selülöz ve diğer organik maddelerden oluşan bu bitki yığınları rüzgar ve su ile taşınan toprak, kum ve çamurlarla milyonlarca yıl boyunca örtülü halde kalır. Nem, ısı ve basıncın etkisi ile karbon ve hidrokarbonlara dönüşerek kömürleşir. Bu yolla odun ve bitkisel maddeler değişime uğrayarak önce kahve rengi kömür ve linyite en son olarak da antrasite dönüşür. Kömürün karmaşık yapıları, sınıflandırma yapılmalarını oldukça güçleştirmektedir. Kimyasal olarak kömür, karbon, hidrokarbon, oksijen, azot, mineral artık ve külden meydana gelir. Kimyasal analizler kömür kalitesi hakkında bir bilgi verebilir fakat kömürün yanma karakteristikleri hakkında yeterli bilgi veremez. Kömür kullanıcısı için esas olarak, kömürün ısıl değeri, kül miktarı ve tozu önemli olmasına rağmen, kullanımı, depolama özellikleri ve yanma karakteristikleri de önemlidir Kömür Tipleri Kömür tipleri arasında kesin bir sınır olmaması nedeniyle bu sınıflama keyfi olarak yapılmıştır. - Antrasit Kömür: Temiz, yoğun, çok az toz çıkaran sert kömürdür. Tutuşması zordur. Yanma başladıktan sonra kolayca devam eder. - Yarı Antrasit Kömür: Antrasite göre daha fazla uçucu madde içerir. Sert değildir ve daha kolay tutuşabilir. - Bitümlü Kömür: Belirgin olarak farklı bileşimlerde, özelliklerde ve yanma karakteristiklerdeki bir çok kömür tipinin sınıflamasıdır. Bir çok bitümlü kömür sert ve zor kırıldığından tozlarından arındırılmış olarak değişik boyutlarda elenmiş olarak satışa sunulur.genel olarak bu kömürler kolayca tutuşur ve serbestçe yanar. - Yarı Bitümlü Kömür: Yumuşak ve gevrek olup, kullanımda parçalanıp tozlaşır. Ağır ağır tutuşur ve orta uzunluktaki alev ile yanar. - Alt Bitümlü Kömür: Ocaktan çıktığında çok nemli olup, kurudukça ve havada bekledikçe parçalanmaya meyillidir. Depolandığında ve yığın halinde bulunduğunda kendiliğinden kolayca tutuşabilir. Tutuşması kolay ve hızlıdır. - Linyit Kömürü: Odunsu yapıda kömür olup, ocaktan çıktığında çok nemlidir. Isıl değeri küçük, temizdir. Bu kömür kurudukça alt bitümlü kömürden daha fazla parçalanmaya ve 1

2 kendiliğinden tutuşmaya daha fazla meyillidir. İçindeki yüksek nem nedeniyle ocaktan yeni gelen linyit yavaş tutuşur. Bu kömür az duman ve kurum çıkarır Sıvı Yakacaklar Yakma sistemlerinde kullanılan çeşitli fuel oil tipleri ve enerji sistemlerinde kullanılan çeşitli yakacak tipleri, pratikteki en önemli sıvı yakacaklardır. Birkaç istisna dışında, sıvı yakacaklar ham petrolün rafinerisi sırasında elde edilen çeşitli hidrokarbon karışımlarıdır. Hidrokarbonlara ilave olarak, çoğunlukla ham petrol, az miktarda kükürt, oksijen, azot, vanadyum, su ve tortu gibi pislikle de içerir. Rafineri işlemi ile çeşitli yakacaklar ve diğer tüm üretim elemanları da elde edilir Fuel Oil Tipleri Fuel oil ısıtma endüstrisinde çok yaygın olarak kullanılan bir ısı kaynağıdır. Doğal gaz ile yarış halindedir. Soğuk iklimlerde fuel oil iç ortamlarda ve bazı ısıtıcı cihazlarda depolanır. Fuel oil yanma ortamına girmeden önce tank etrafında buhar veya sıcak su boruları dolaştırıp veya elektrik ısıtıcıları kullanılarak ön ısıtma yapılır. Fuel oilin binalarda kullanımı, kömüre göre temizlik ve kolaylık yönünden ortaya çıkmıştır. Doğal gazın üstünlüğüne rağmen, fuel oil hala ısıtmada lider ısı kaynağıdır. Fuel oil damıtım kademelerine göre sınıflandırılmış ve derecelendirilmiştir. Derece kademesi 1 den 6 ya kadar olup 3. derece atlanmış (unutulmuş) derecedir. 1 Nolu Fuel Oil : Buharlaşmalı tip brülörlerde kullanılmak üzere hafif damıtılmış fuel oildir. 2 Nolu Fuel Oil : 1 nolu fuel oil den biraz daha ağır olarak damıtılmış fuel oil dir. Bu yakacak esas olarak yanma odasına yakacağın damlacıklar halinde püskürtüldüğü, basınçlı brülörlerde kullanılır. Bu fuel oil evsel, ticari ve endüstriyel brülörlerde kullanılır. 4 Nolu Fuel Oil : Orta dereceli bir yakacaktır. Bu yakacak ise evsel brülörlerde kullanılandan daha yüksek viskoziteli yakacak kullanan brülörler için uygundur. Genellikle küçük endüstri kazanlarında kullanılır. 5 Nolu Fuel Oil : Bu yakacak yüksek viskoziteli olup ön ısıtma gerektiren yakacak türüdür. 6 Nolu Fuel Oil : Bu yakacak en yüksek viskoziteye sahip olup ön ısıtma yapılamadan kullanıma verilmez. Ticari ve endüstriyel ısıtma tesislerinde kullanılır Gazlar Doğal Gaz Organik teoriye göre,diğer fosil yakacaklar gibi doğal gaz da milyonlarca yıl önce yaşamış bitki ve hayvan artıklarından oluşmuştur. Genelde doğal gaza sıra dağ yamaçlarında, petrol yatakları ile birlikte veya serbest olarak rastlanılmaktadır. 2

3 Doğal gaz esas olarak % arasında metan (CH 4 ) %1 14 arasında etan (C 2 H 6 ) ve çok düşük oranlarda propan (C 3 H 8 ), hidrokarbon, azot ( N 2 ), karbondioksit (CO 2 ) den meydana gelmektedir. Doğal gaz enerji üretiminde, konutlarda, endüstride ve gübre üretiminde kullanılmaktadır. Doğal gaz renksiz ve kokusuz bir gazdır. En önemli özelliklerinden biriside zehirsiz olmasıdır. Ancak ortamda çok fazla birikmişse tenefüs edilecek oksijen azaldığından dolayı boğulma tehlikesi vardır. Bu yüzden gazın varlığını hissetmek için gaza kokuverici maddeler katılır. Doğal gazın en önemli tehlikesi % 5-15 arasında hava ile karışması halinde patlayıcı olmasıdır. Doğal gazın diğer bir özelliği de havadan hafif olması nedeniyle hava içerisinde yükselme eğilimi göstermesidir. Gaz kaçakları hava ile karışmadan önce yükseklerde toplanır. Bu yüzden havalandırma bacalarından kolaylıkla dışarı atılabilir. Yoğunluğu 0,76 Kg/m 3, ısıl değeri kcal/ Kg olup diğer yakıtlara göre daha fazladır. Doğal gaz çevreyi kirletmeyen bir yakıttır. Çevreyi kirleten üç ana faktör doğal gaz dumanı içerisinde bulunmamaktadır. Bunlardan birincisi kükürt oksitlerdir. Bu madde duman gazındaki ve havadaki nemle sülfürik aside dönüşür.böylece hem kazan borularını hem de asit yağmurları ile çevre tahrip edilir. İkincisi ise is ve uçan kül parçacıklarıdır. Özellikle kömür yakılması halinde çevreye yayılan bu katı parçacıklar temizlik ve insan sağlığı açısından son derece zararlıdır. Üçüncüsü ise yanmamış gazlardır. Bunlar içinde özellikle karbon monoksit belirli dozlara ulaştığında öldürücü etkisi olan son derece zararlı bir maddedir. Her üç zararlı madde doğal gaz yanma ürünlerinde bulunmamaktadır Sıvılaştırılmış Petrol Gazları ( LPG) Sıvılaştırılmış petrol gazları bütan veya propandır ve bazı durumlarda ikisinin karışımıdır. Bu iki yakıt doğal gazla rafine edilmiş şeklidir. Kırsal alanlarda kullanım için geliştirilmiştir. Bu yakıtlar rafineride çiğ gazdan çıkarıldığında, basınç altında sıvı durumda olup depolama ve taşıma esnasında bu şekilde kalır. LPG gazlarının en önemli avantajı sıvı olarak depolanabilmesidir. Ayrıca taşınabilir tüplerle üretim servisi ile ekonomik olarak yapılabilir. LPG gazları tank içinde depolandığında, sıvı ve gaz durumları birliktedir. Tanktan gaz çekildiğinde sıvı buharlaşarak gaz halinde dışarı çıkar. Bütan ( C 4 H 10 ), propan (C 3 H 8 ) ve doğal gaz gibi hidrokarbon gaz yakıtlar serisindendir. Çünkü hidrojen ve karbon bileşiğidir. Bütanın kaynama noktası - 6 C ve özgül ağırlığı 2 gr/cm 3, ısıl değeri 823,3 kcal/m 3 dür. Her metreküp bütanın uygun yanması için 0,87 metreküp hava gerekir. Deniz seviyesinde 37,8 C de gösterge basıncı kpa dır. Bütan litre sıvı halinden genleşerek metreküp buhar haline gelir. Havadan daha ağırdır. Tutuşma sıcaklığı yaklaşık 593 C ve yanma sıcaklığı 1798 C dir. Propanın kaynama noktası 6.6 C ve özgül ağırlığı 1.52, ısıl değeri kcal/m 3 dür. Uygun yanma için her metreküp propan başına 0.67 metreküp hava gerekir. Deniz 3

4 seviyesinde 37,8 C de basıncı 1305,3 kpa dır. Propan litre sıvıdan genleşerek 1.02 metreküp gaz haline gelir. Havadan ağırdır. Tutuşma sıcaklığı yaklaşık olarak 593 C, yanma sıcaklığı C dir. LPG gazlarının fiziksek özellikleri incelendiğinde iyi ve kötü kalitelerin her ikisine de rastlanabilir. Bu kalitelerin mukayese edilmesi gazların kullanılacağı yere bağlı olarak belirlenir. Basınç ve ısıl değer muhtevası mukayesede iki önemli özelliktir. Bu yakıtların mukayese edilmesinde, özellikle soğuk iklimlerde basınç önemli sınırlayıcı faktördür. Sıvı bütanın sıcaklığı 1.1 C ve daha altına düştüğünde tank içindeki basınç atmosfer basıncının altına düşer. Bundan dolayı düşük sıcaklıklarda tank içinde bazı ısıtıcılar olmaksızın kullanılamaz. Bu ısı kaynakları tank etrafında sıcak su veya buhar boruları, elektrik ısıtıcıları olabilir. Böylelikle tank toprak altına gömülebilir. Buna rağmen bütan bu ekipmanların ilk kuruluş masrafını artırır. Propanın basınçlarına bakıldığında genel bir sıcaklık aralığında kullanışlı olduğu görülebilir. Böylelikle basınçlar yönünden propan ideal yakıt olabilir. Diğer taraftan kalori muhtevası bakımından bütandan daha düşüktür. Bu zor durumdan kurtulmak için her iki gaz karıştırılarak istenen özelliklerde karışım elde edilir. Örnek olarak % 60 bütan ve % 40 propan karıştırıldığında -1.1 C sıcaklıkta, buhar basıncı kpa değerinde ve ısıl muhtevası kcal/m 3 olan bir karışım elde edilir Elektrik Elektik ısıtma uygulamaları için popüler ısı kaynağı olmaya başlamıştır. Hali hazırda elektrikle ısı üretebilme uygulamaları sınırlıdır. Elektrik ısıtması bir çok konstrüksiyonla ve her iklim için kullanılmaktadır. Elektrikle ısıtma uygulamaları için kullanılan önemli metotlar; rezistans ısıtması, ısı pompası ve her ikisinin kombinasyonudur. Elektrikle ısıtma için üç tip rezistans mevcuttur:bunlar, açık tel tipi, açık kordon ve boru muhafazalı tel tiplerdir. Bir elektrik rezistans elemanı, rezistans teli, taşıyıcı izole maddesi ve elektrik teli ile rezistans telinin bağlantı terminalinden oluşur. Rezistans ısıtması elektriği 860 kcal/ kw seviyesinde ısıya dönüştürür. Teorik olarak elektrik ısıtması % 100 verimlidir. Isıtıcı elemana verilen her bir kalori için 1 kalori ısı kazanılmaktadır. Ni-Cr Ni Cr izolatörler İzolatörler Ni Cr Mg a) Açık tel tipi b) Açık kordon tipi c) Boru tipi Şekil 12.1 Elektrikle Isıtmada Kullanılan Elemanlar boru 4

5 Açık Tel Tipi Isıtıcı Eleman Açık tel ısıtıcı eleman olarak genellikle nikel krom alaşımı tel kullanılır. Nikel ve kromdan ( demir olmaksızın) yapılır. Helisel şekilde sarılır ve gövde ile kısa devreden korumak için bağlantı yerlerinde seramik izolatörler kullanılır. Açık tel elemanlar diğerlerinden daha uzun ömürlüdür. Çünkü ısının hepsi serbest hava akıntısı ile direk olarak temas eder, hava soğutucu gibi çalışır Açık Kordon Tipi Eleman Açık kordon tipi eleman da nikel krom alaşımlı telden yapılır ve açık tel eleman ile aynı kurallarla izole edilir. Yüzey dizaynı, telin daha fazla hava ile temasına imkan verir. Çünkü daha fazla yüzeye sahiptir. Verimi açık tel elemandan daha fazladır Boru muhafazalı Tel Eleman Nikel krom alaşımlı tel bir borunun içine yerleştirilerek etrafı magnezyum oksit tuzu ile izole edilir. Isıl verimi düşüktür. Çünkü dıştaki ilave malzemeler enerji kaybına neden olur. Havaya geçecek ısı miktarı azalır. Bununla birlikte üretim proseslerinde kullanılan iç izolasyonu güvenlidir. Boru muhafazalı elemanın ömrü diğer iki tipten daha kısadır. Çünkü daha yüksek çalışma sıcaklığına sahiptir Isı pompası Isı pompası, günümüzde kullanılan çok verimli ısıtma metodudur. Bir ısı pompası, yılın farklı mevsimlerinde soğutucu akışkanın yönü değiştirilerek soğutma çeviriminin tersidir. Bir seri valf kullanılarak yazın soğutma kışında ısıtma yapılır. Elektrik kompresörü tahrik etmek için kullanılır. 22 C ve % 50 bağıl nem şartlarında ısı pompasından rezistans elemana göre sekiz defa daha fazla ısı alınabilir. Böylelikle ısı pompasından 1 kw elektrik enerjisi ile kcal elde edilir. Bir ısı pompası, düşük dış ortam sıcaklığında daha düşük verimlidir. Çünkü düşük ortam sıcaklığında evaporatörün ısı absorbe etme miktarı azalır. Bu düşük sıcaklık, emme basıncını düşürerek kompresör kapasitesini azaltır. Böylelikle binalarda kaybedilen ısıyı karşılamak için absorbe edilen ısı miktarı yetersizdir. Bu üniteler soğuk iklimlerde kurulduğunda, ilave bir ısı kaynağı gerekir. Çünkü verim düşer. Rezistans elemanı kullanılarak bu eleman ile birleştirilir. Saat başına çalışma için ekipman fiyatı, diğer sistemlerle karşılaştırıldığında ısı pompası, ısıtması ve soğutması ayrı olan sistemlerden daha ekonomiktir. 5

6 Şekil 12.2 Isı pompası 12.6 Güneş Enerjisi Bir çok enerji kaynaklarının yok olmaya başladığı dünyamızda, güçlü sağlam bir enerji kaynağına ihtiyaç duyulmuştur. Günümüzde yapılan bir çok modern araçlar büyük bir enerjiye sahip ve devamlı olan güneş enerjisinden yararlanılarak yapılmaktadır. Isı kaynağı olarak güneş enerjisinden özel yapılan sistemler ile yararlanılır. Güneş ışınları yaz aylarında çakılla dolu bir depoda toplanarak ve bu taşların ısınmasıyla oluşan basit bir sistemle kullanabiliriz. Isınan çakıl taşları, içinde dolaşan suyu ısıtır, ısınan su radyatörleri dolaşırken evi ısıtmış olur. Çakıl taşlarının bulunduğu depo özel yalıtımlı olup çakıl taşının bir özelliği de ısısını kolay kolay kaybetmemesidir. Şekil 12.3 Güneş Enerjisi Tesisatı 6